WO1994011992A1 - Digital video communication apparatus - Google Patents

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WO1994011992A1
WO1994011992A1 PCT/JP1993/001507 JP9301507W WO9411992A1 WO 1994011992 A1 WO1994011992 A1 WO 1994011992A1 JP 9301507 W JP9301507 W JP 9301507W WO 9411992 A1 WO9411992 A1 WO 9411992A1
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WO
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reference value
digital image
data
unit
range
Prior art date
Application number
PCT/JP1993/001507
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Hamano
Kiyoshi Sakai
Kiichi Matsuda
Original Assignee
Fujitsu Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Limited filed Critical Fujitsu Limited
Priority to US08/256,173 priority Critical patent/US5457496A/en
Priority to EP19930923028 priority patent/EP0622959B1/en
Priority to JP51190994A priority patent/JP3217789B2/ja
Priority to DE1993625993 priority patent/DE69325993T2/de
Publication of WO1994011992A1 publication Critical patent/WO1994011992A1/ja

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction

Definitions

  • the present invention relates to a digital image communication apparatus, and in particular, to an encoding method and a decoding method of a digital image communication apparatus that transmits and receives a screen (frame) R13-encoded signal using leak prediction.
  • a transmission rate of about 1 1Mbit / s is required.
  • the primary bit rate in a multiplexed digital transmission network is, for example, about 1.5 Mbit Zs, so that the above-mentioned television signal is transmitted using a multiplexed digital transmission network.
  • the primary bit rate in a multiplexed digital transmission network is, for example, about 1.5 Mbit Zs, so that the above-mentioned television signal is transmitted using a multiplexed digital transmission network.
  • the frame fli] encoding for encoding and transmitting only the image change of the frame #j is performed.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a conventional digital image communication device, in which (A) shows a transmitting device and (B) shows a receiving device.
  • the pre-processing unit 17 1 performs AZD conversion, filter processing, etc. on the input image signal, and the next information source coding unit 1-2 suppresses the redundancy of the image .
  • the variable-length coding unit 173 uses a code with a short bit length for frequently occurring data. Then, a so-called variable-length code word is allocated, and finally, in a multiplex section 174, data such as voice is multiplexed to the variable-length code and output to the network.
  • the demultiplexing unit 175, the variable-length decoding unit 1-6, the information source decoding unit 1-7, and the post-processing unit 178 perform processing reverse to that of the transmitting device side. And output the playback image.
  • the previous screen (frame) is written and a new current screen is written.
  • frame coding is performed to encode only the areas that have changes, but this method only reaches the information on the difference (prediction error) between the previous screen and the current screen to the receiving side. Therefore, if a data error or data loss (cell loss) occurs even once in the network, the reproduction quality of the receiving side will continue to degrade forever. Risk prediction is used to prevent this.
  • the leak prediction is a method of calculating a prediction error after adding a leak coefficient “( ⁇ ⁇ ⁇ 1)” to the data of the previous screen. As a result, it is possible to return to 0, and it is possible to automatically recover from the deterioration of the playback image.
  • FIG. 2 shows a 1 ⁇ source coding section 1772, and ( ⁇ ) shows an information source decoding section 1777.
  • the information source coding unit 17 2 performs motion augmentation leak prediction.
  • the motion vector detection unit 181 based on the screen data from the preprocessing unit 171, forms the current screen For each of a plurality of regions to be searched for, a region where ⁇ is similar among the regions of the fiO image ⁇ is searched, and the similar region of the previous screen and the corresponding region of the current screen are displayed.
  • the displacement is detected as a motion vector.
  • the motion vector is output to the variable-length coding unit 1-3 and to the memory unit 182.
  • the memory section 18 2 stores the data of the previous screen for each area, reads the data of the area of the previous screen ffl corresponding to the area of the current screen associated with the input motion vector, and multiplies the data. Send to 1 8 3.
  • the multiplier 183 multiplies the transmitted data by a leak coefficient “(0 ⁇ ⁇ 1) and outputs the result to the subtractor 184. Reduction; From the area data of the current screen from the unit 1 ⁇ 1, the output data of the multiplying unit 183 is subtracted to obtain a prediction error ⁇ . The prediction error is! After that, it is output to the variable-length coding unit 173.
  • the quantized prediction difference is returned to the original prediction error by the inverse dequantization unit 186, and the output data of the multiplication unit 183 is added by the addition unit 187.
  • the 3 ⁇ 4 screen data input from the preprocessing section 17 1 is restored, and this is newly stored in the memory section 18 2 as the data of the previous screen, and is prepared for the next processing.
  • the previous screen data including the quantization error is recorded in the memory section 182 so as to be the same as the previous screen data stored on the receiving side.
  • the motion vector was input from the variable length decoding unit 1 ⁇ 6, and the memory unit 191 was associated with the motion vector.
  • output from the variable-length decoding units 1 to 6 The quantized prediction error is returned to the original prediction error by the inverse quantization unit 1993, and the addition error is added by the addition unit 1994 to the screen data multiplied by the leak coefficient.
  • the decoded data of the current screen is obtained and output to the post-processing unit 178, and is also newly stored in the memory unit 191 as the data of the previous screen. Be prepared for the next process.
  • the image transmitted by the digital image communication device S that performs the above-described predictive coding is based on the premise that the motion of the image in the screen is limited.
  • the coding efficiency is improved by utilizing the fact that the prediction error from the data of the current screen normally concentrates around 0.
  • FIG. Figure 3 is a graph showing the prediction error caused by the multiplication of the leak coefficient ⁇ when the data of the previous screen and the data of the current screen are equal (there is no motion of the image).
  • the analog input image signal is converted into, for example, 8-bit digital data in the AZD conversion in the preprocessing unit 171 of FIG.
  • the number of levels is converted to 256 and the range (numerical range) is from 0 to 255.
  • FIG. 3 (A) shows the prediction error obtained in this case by the subtraction section 1884 of FIG. 2 (A). That is, since the data of the previous screen is equal to the data of the current screen, the prediction error should be 0 irrespective of the data level unless the calculation of the leak coefficient ⁇ is performed. However, due to the multiplication of the "leakage factor", the prediction error is not zero except at data level 0. In other words, the prediction error can be expressed as follows.
  • Prediction error Data level of current screen-Data level of the previous screen X Figure 3 (B) shows that the range during AZD conversion is corrected to range 128-127 (the number of levels 256 is changed). No) Indicates the prediction error when converting the analog input image signal.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a digital image communication device in which a decrease in coding efficiency due to leak prediction is suppressed.
  • the present invention provides a coding method for a digital image communication device that appropriately sets a data range and reduces a prediction error accompanying leak prediction.
  • the encoding method of the digital image communication device includes storage means for storing the input digital image data of the previous screen, reference value output means for outputting a reference value for range correction, and storage means.
  • Range correction means for correcting the range according to the reference value output from the reference value output means with respect to the digital image data of the previous screen stored in the means, and a predetermined read to the data corrected by the range correction means.
  • a leak coefficient multiplying means for multiplying and outputting a leak coefficient
  • Correction means for performing reverse correction to undo the correction made by the range correction means on the data output from the clock coefficient multiplication means, input digital image data of the current screen, and reverse correction by the reverse correction means
  • a prediction error output means for detecting a difference from the data and outputting the result as a prediction error
  • a prediction error encoding means for performing predetermined coding on the prediction error output from the prediction error output means and outputting the result; Is provided.
  • the reference value output means is responsive to the digital image data of the previous screen area corresponding to the current screen area associated with the motion vector, of the digital image data of the previous screen stored in the storage means.
  • the reference value is determined and output, and the range correction means outputs the area of the previous screen relative to the area of the current screen associated with the motion vector in the digital image data of the previous screen stored in the storage means.
  • the range of the digital image data is corrected according to the reference value determined by the reference value output means.
  • FIG. 1 (A) is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission device of a conventional digital image communication device.
  • FIG. 1 (B) is a block diagram illustrating a schematic configuration of a receiving device of a conventional digital image communication device.
  • FIG. 2 ( ⁇ ) is an internal configuration diagram of the information source coding unit.
  • FIG. 2 ( ⁇ ) is an internal configuration diagram of the information source decoding unit.
  • FIG. 3 ( ⁇ ) is a graph showing the prediction error obtained by the subtractor in FIG. 2 ( ⁇ ).
  • Figure 3 (() shows the prediction when the range of AZD conversion is corrected to the range of 128 to 127 and the analog input image signal is converted. It is a graph which shows an error.
  • FIG. 3 (C) is a graph showing the prediction error when ⁇ is corrected to the range (0—) to (255 ⁇ ) by using the reference value.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
  • FIG. 5 ( ⁇ ) is a block diagram showing a schematic configuration of the transmitting device of the first embodiment of the digital image communication device of the present invention.
  • FIG. 5 ( ⁇ ) is a block diagram showing a schematic configuration of the receiving device of the first embodiment of the digital image communication device of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a detailed internal configuration of the first embodiment of the information source coding unit.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the range correction performed by the range correction function unit.
  • FIG. 8 is a diagram showing functions of the reference value determination function unit.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the reference value determination function unit.
  • FIG. 10 ( ⁇ ) is a diagram for explaining the calculation method of the first example of the table stored in R ⁇ .
  • FIG. 10 ( ⁇ ) is a diagram for explaining a calculation method of the second example of the table stored in R ⁇ .
  • FIG. 11 ( ⁇ ) illustrates a first example of the reference value update timing.
  • FIG. 11 ( ⁇ ) is a diagram for explaining a second example of the reference value update timing.
  • FIG. 11 (C) is a diagram for explaining a third example of the reference value update timing.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of the range correction for each band.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the range correction for each area.
  • FIG. 14 (A) is an explanatory diagram of the range correction of the encoder A.
  • FIG. 14 (B) is an explanatory diagram of the range correction of the encoder B.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the internal configuration of the second embodiment of the information source coding unit.
  • FIG. 16 is a diagram showing the function of the reference value determination function unit.
  • Fig. 17 is a flowchart showing the operation procedure of the reference value determination function unit.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the internal configuration of the third embodiment of the information source coding unit.
  • FIG. 19 is a diagram showing a switch of the reference value determination function unit.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the internal configuration of the information source decoding unit on the receiving device side in FIG.
  • FIG. 21 (A) is a block diagram showing a schematic configuration of a transmitting apparatus according to a second embodiment of the digital image communication apparatus of the present invention.
  • FIG. 21 (B) is a block diagram showing a schematic configuration of a receiving apparatus according to a second embodiment of the digital image communication apparatus of the present invention.
  • FIG. 22 is a block diagram showing the internal configuration of the information source coding unit on the transmission device side.
  • FIG. 23 is a block diagram showing the internal configuration of the information source decoding unit on the receiving device side.
  • the encoding method of the digital image communication device is a method of storing the input digital image data of the previous screen.
  • Storage means 1 reference value output means 2 for outputting a reference value for range correction, and digital image data of the previous screen stored in storage means 1 output from reference value output means 2
  • a range correction means 3 for correcting the range in accordance with the reference value
  • a leak coefficient multiplication means 4 for multiplying the data corrected by the range correction means 3 by a predetermined leak coefficient, and outputting the result.
  • Correction means 5 for performing reverse correction on the data output from the clock coefficient multiplication means 4 to undo the correction made by the range correction means 3, and input digital image data of the current screen.
  • a prediction error output means for detecting a difference from the data inversely corrected by the correction means and outputting the result as a prediction error; a prediction error output from the prediction error output means being subjected to predetermined encoding and output And prediction error encoding means 7.
  • the range correction means 3 corrects the range of the previous screen data stored in the storage means 1 in accordance with the reference value output from the reference value output means 2.
  • the leak coefficient multiplying means 4 multiplies by a predetermined leak coefficient and outputs the result.
  • the data output from the leak coefficient multiplying means 4 is subjected to inverse correction by the inverse correction means 5 to undo the correction made by the range correction means 3, and the prediction error output means 6
  • the difference between the digital image data on the screen and the data inversely corrected by the inverse correction means 5 is detected and output as a prediction error.
  • the prediction error encoding means 7 performs predetermined encoding on the prediction error output from the prediction error output means 6, and outputs the result.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital image communication apparatus according to a first embodiment of the present invention, where (A) shows a transmitting apparatus and (B) shows a receiving apparatus.
  • A shows a transmitting apparatus
  • B shows a receiving apparatus.
  • a method is described in which a reference value for range correction determined by a transmitting device is transmitted to a receiving device.
  • the preprocessing unit 21 performs AZD conversion, filter processing, and the like on the input image signal, and the next information source coding unit 22 suppresses the redundancy of the image (data compression I do.
  • the AZD conversion samples an analog input image signal and converts it into digital data in a predetermined range (for example, 0 to 255).
  • the variable-length coding unit 23 assigns a codeword with a short bit length to data that frequently occurs, that is, assigns a so-called variable-length codeword.
  • the multiplexing unit 24 converts voice into variable-length code. Multiplex and output it to the network.
  • the information source coding unit 22 performs inter-frame coding including leak prediction, and further, the information source coding unit 22 has a reference value determination function and a range correction function described in detail later. .
  • the multiplicity section 24 multiplexes the reference value data from the reference value determination function of the information source coding section 22 with data such as a variable length code and voice and multiplexes the data. Output to the network.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a detailed internal configuration of the first embodiment of the information source coding unit 22.
  • the motion adaptation is corrected using the motion vector.
  • the motion vector detection unit 31 executes each area of a plurality of areas constituting the current screen. Each time, the most similar area in the previous screen area is searched, and the difference between the similar area found in the previous screen and the corresponding area on the current screen is detected as a motion vector.
  • the motion vector is output to the variable length coding unit 23 and also to the memory unit 32 and the reference value determination function unit 33.
  • the memory section 32 stores the data of the previous screen for each area, reads out the data of the area of the previous screen corresponding to the area of the current screen associated with the input motion vector, and reads the data of the range correction function section 3. 4 and reference value determination function part 3 3 Send.
  • the reference value determination function unit 33 determines the quantized reference value based on the previous screen data from the memory unit 32 and the motion vector from the motion vector detection unit 31. And sends it to the range correction function section 34, inverting section 35 and multiplex section 24. The method of determining the reference value ⁇ in the reference value determination function section 33 will be described later with reference to FIGS.
  • the range correction function section 34 calculates the range of the previous screen data read from the memory section 32 by using the reference value ⁇ from the reference value determination function section 33. Correct with.
  • FIG. 7 is a diagram showing a range correction function in the range correction function unit 34.
  • the range ⁇ positive function unit 34 can be realized with a simple configuration that only adds to the input.
  • the output from the range correction function unit 34 is sent.
  • the multiplication unit 36 multiplies the transmitted data by a leak coefficient (0 ⁇ ⁇ 1) and outputs it to the range correction function unit 37. I do.
  • the reference value 9 is inverted by the inverting section 35 and input to the range correction function section 37 as-.
  • the range correction function section 37 operates in the same manner as the range correction function section 34. That is, is added to the range of the data after the leak coefficient multiplication sent from the multiplication unit 36. As a result, the range corrected by the range correction function unit 34 is inversely corrected to the original range.
  • the output of the range correction function unit 37 is sent to the subtraction unit 38 and the addition unit 41.
  • the subtraction section 38 obtains a prediction error by subtracting the output data from the range correction function section 37 from the current screen data from the preprocessing section 21.
  • the prediction error is quantized in a predetermined step by the quantization unit 39, and then output to the variable length coding unit 23.
  • the quantized prediction error is returned to the original prediction error by the inverse quantization unit 40, and the output data of the range correction function unit 37 is added by the addition unit 41.
  • the current screen data input from the preprocessing unit 21 is restored, and this is stored in the memory unit 32 by the data of the previous screen.
  • the data is newly stored as data and prepared for the next processing.
  • FIG. 8 is a diagram showing the function of the reference value determination function unit 33.
  • the motion / motion determination function unit 33 a determines the motion of the image based on the motion vector from the motion vector detection unit 31.
  • the motion domain quantization function section 33 b or the static domain quantization function section 33 c is selected in accordance with the determination result of the motion determination section 33 a.
  • the data read by the memory unit 32 is averaged by the average value calculation unit 33d, and sent to the moving region quantization function unit 33b and the static region quantization function unit 33c.
  • the moving area quantization function section 33b or the static area quantization function section 33c coarsely or finely quantizes the average value of the data of the previous screen and outputs it as a reference value.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of the reference value determination function unit 33.
  • the number of data in the area on the previous screen is n.
  • the adders 33d2 to 33dn and the multiplier 33d0 correspond to the average value calculating unit 33d in FIG.
  • the adders 3 3 d 2 to 3 3 dn sequentially add the data 1 to n of the previous screen to obtain the sum, and the multiplier 33 d 0 multiplies the sum by 1 / n to obtain the sum of the previous screen.
  • the average value of the data l to n is calculated and output to the ROM 33e.
  • the ROM 33 e is composed of the motion and static judgment function section 33 a, the moving area quantization function section 33 b and the static area quantization function in FIG. R ⁇ M 33 e stores a table of quantization criterion ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ for the average value and the motion vector in advance, and according to the input average value and the motion vector.
  • the quantized S quasi-value is read.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a method of calculating two examples of a table stored in R RM33e.
  • the coarseness of the quantization of the reference value is distinguished by whether or not the motion vector is a motion vector.
  • R ⁇ ⁇ 33 e a table consisting of specific numerical values calculated by the calculation method described below is stored in advance, and the real number of the reference value corresponding to each real number of the motion vector and the average value is stored. Is to be read.
  • the input average value X is calculated in 64 step widths.
  • the motion vector is 0 (the static domain quantization function unit 33c in FIG. 8 is activated)
  • the input average value X is quantized in 32 step widths. Therefore, when there is no image motion and the motion vector is 0 (static area), the quantization of the reference value is fine. “Z” in the figure indicates division, and the remainder is rounded off.
  • the reference value of the moving area is set to a constant value. That is, if the motion vector is not 0, the reference value is fixed at 1 128, and if the motion vector is 0, the input average value X is quantized with a 32 step width.
  • the quantization roughness of the reference value was changed according to the motion vector.However, the motion of the image was determined using the in-frame determination information, and the reference value was determined. The roughness of the quantization of the value may be changed.
  • the reference value determination function unit 33 always determines the reference value and performs range correction. However, from the viewpoint of reducing the number of updates of the reference value and increasing the coding efficiency, FIG. The method described in (1) can also be used.
  • FIG. 11 is a diagram showing three examples of reference value update timing.
  • the reference value is updated only at the start of communication, and thereafter, the reference value is kept constant.
  • the reference value is updated every predetermined number of times (here, three times) without updating each time, and if not, the previous value is retained even if the reference value changes.
  • the reference value is updated every time.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of the range correction for each band.
  • Digital data in which the data of one screen is passed through a low-pass filter 91 to obtain a screen with a blurred outline, and a high-pass filter 92 is used to obtain a screen representing only the outline.
  • the reference value 1 is applied to the image data passing through the mouth-pass filter 91, and the image data passing through the high-pass filter 92.
  • a reference value h different from 1 may be set.
  • the reference value may be updated by the change timing shown in FIG.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the range correction for each area. That is, one screen is divided into a plurality of areas, for example, 16 areas, and each area is divided into Reference value; 3 is determined. By increasing the number of regions, it is possible to suppress an increase in prediction error due to leak prediction, and to reduce the number of bits for transmitting the prediction ⁇ difference, while increasing the number of bits for transmitting more (reference value) 9 Therefore, it is necessary to set the number of regions by balancing the two so that high-efficiency coding can be achieved. It may be one area per screen. In this range correction for each area, the reference value may be updated by the change timing shown in FIG. 11, and the range correction for each band shown in FIG. 12 may be performed. You may.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of the range correction for each encoder.
  • the reference value may be fixed to a temporally constant value in each encoder.
  • the reference value is determined and fixed for each region as shown in Fig. 14 (A)
  • the reference value is determined as shown in Fig. 14 (B). Separately determine the reference value and fix it. By doing so, it is not necessary to constantly send the reference value / 9 to the receiving side, and the coding efficiency can be improved.
  • the range correction for each band shown in FIG. 12 may be performed.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the internal configuration of the second embodiment of the information source coding unit 22 of FIG.
  • the coarseness of the quantization used in image coding (performed by the quantization unit 39 in FIG. 6) is used. Therefore, the roughness of the quantization of the reference value is controlled.
  • the same components as those of the first embodiment of the information source coding unit 22 shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted.
  • the step width detection section 122 detects the step width of the quantization performed by the quantization section 39 and sends it to the reference value determination function section 122.
  • the data of the previous screen read from the memory unit 32 is input to the reference value determination function unit 122, but as in the first embodiment of the information source coding unit 22, the motion vector is No motion vector is input from the torque detector 31.
  • FIG. 16 is a diagram showing the function of the reference value determination function section 122. That is, the quantizer selection function unit 122a determines the step width of the reference value quantization according to the quantization step width performed by the quantization unit 39 in Fig. 15. I do. Then, a quantization function unit capable of executing the quantization of the determined step width is selected from the quantization function units 122b, 122c-. On the other hand, the maximum frequency data detector 122d detects the maximum frequency data from the data read by the memory unit 32, and uses this data as a reference value to perform the quantization function. Send to parts 1 2 2 b, 1 2 2 c * ⁇ . The quantization function unit selected from the quantization function units 1 2 b and 1 2 c ⁇ ⁇ quantizes this data and outputs it as a quantized reference value.
  • FIG. 17 is a flowchart showing the operation performed in the reference value determination function section 122.
  • the number following S indicates the step number.
  • Steps S 1 and S 2 are operations in the maximum frequency data detection unit 122 d in FIG. 16, and step S 3 is operations in the quantizer selection function unit 122 a.
  • Step S4 is an operation of the quantization function sections 122b, 122c. [S1] Create a histogram of the data in the area read by the memory unit 32.
  • step S4 The data obtained in step S2 is quantized by the step width calculated in step S3 to obtain a reference value.
  • the quantization roughness of the image coding in the quantization unit 33 is large, the coding efficiency is increased by increasing the coarseness of the quantization of the reference value.
  • the reference value is determined based on the data of the maximum frequency, but the average value of the data is calculated and quantized by the quantization function to obtain the reference value. May be determined.
  • the reference value may be determined based on maximum frequency data instead of the average value.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the internal configuration of the third embodiment of the information source coding unit 22 of FIG.
  • the third embodiment deals with an image in which the camera is installed at a fixed location, and shows a device that allows an operator to manually set a reference value.
  • the same components as those in the first embodiment of the information source coding unit 22 shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted.
  • the reference value determination function unit 15 1 includes the data of the previous screen read from the memory unit 32 and the motion vector as in the first embodiment of the information source coding unit 22. No motion vector is input from the torque detector 31.
  • the reference value determination function block 151 has an operation as shown in Figure 19
  • the switches SW1 to SWn operated by the operator are connected.
  • the switches SW1 to SWn are provided corresponding to the areas 1 to n, and by turning on the switches SW1 to SWn, the reference values of the corresponding areas can be set. It is configured to be possible.
  • FIG. 20 is a block diagram showing the internal configuration of the information source decoding unit 27 on the receiving device side in FIG.
  • the motion vector is input from the variable length decoding unit 26, and the memory unit 51 stores the area of the previous screen with respect to the area of the current screen associated with the motion vector.
  • the data is read and output to the range correction function unit 52.
  • the reference value ⁇ is transmitted from the reference value determination function unit 33 on the transmitting device side to the range correction function unit 52 and the inversion unit 53 via the multipletus unit 24 and the demultiplexing unit 25.
  • the range correction function unit 52 corrects the range of the previous screen data read from the memory unit 51 with the transmitted reference value.
  • the range correction performed here is performed in the same manner as the range correction in the range correction function unit 34 on the transmission device side shown in FIG.
  • the multiplication unit 54 to which the output from the range correction function unit 52 is sent multiplies the received data by a leak coefficient ⁇ (0 ⁇ « ⁇ 1) and outputs the result to the range correction function unit 55. Further, the reference value is inverted and input as one to the range correction function unit 55 by the inversion unit 53.
  • the range correction function unit 55 operates in the same manner as the range correction function unit 52. sand That is, is added to the range of the data after the leak coefficient multiplication sent from the multiplication unit 54. As a result, the range corrected by the range correction function unit 52 is inversely corrected to the original range.
  • the quantized prediction error output from the variable-length decoding unit 26 is returned to the original prediction error in the inverse quantization unit 56, and the prediction error and the range correction function are added in the addition unit 57.
  • the above screen data output from part 55 is added.
  • the decoded data of the current screen is obtained and output to the post-processing unit 28, and is also newly stored in the memory unit 51 as the data of the previous screen, and is used for the next processing. Be provided.
  • the reference value for range correction determined by the transmitting device is not transmitted to the receiving device, and the receiving device independently creates the reference value and performs range correction on the receiving side.
  • FIG. 21 is a block diagram showing a schematic configuration of a digital image communication apparatus according to a second embodiment of the present invention, where (A) shows a transmitting apparatus and (B) shows a receiving apparatus. Since the configuration of the second embodiment is basically the same as the configuration of the first embodiment, the same portions will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted, and only differences will be described.
  • the reference value determined by the reference value determination function section 33 of the information source coding section 22a on the transmission apparatus side is not transmitted to the reception apparatus side.
  • a reference value determination function unit 61 is provided in the information source decoding unit 27a on the receiving device side.
  • FIG. 22 is a block diagram showing the internal configuration of the information source coding unit 22a on the transmission device side.
  • the information source coding unit 22a in the second embodiment is basically the same as the information source coding unit 22 in the first embodiment.
  • the reference value determined by the reference value determination function unit 33 is simply not transmitted to the receiving device side.
  • FIG. 23 is a block diagram showing the internal configuration of the information source decoding unit 27a on the receiving device side. Since the information source decoding unit 27a in the second embodiment has basically the same configuration as the information source decoding unit 27 in the first embodiment, the same components are assigned the same reference numerals and described. It is omitted and only the differences are described.
  • a reference value determination function unit 61 is provided. Based on the motion vector and the data of the previous screen from the memory unit 51, the reference value determination function unit 61 sets the reference value independently from the reference value on the transmitting device side. This is output to the range correction function unit 52 and the inversion unit 53.
  • the information source decoding unit 27a of the second embodiment although there is a slight increase in the hardware size, it is not necessary to transmit the reference value from the transmitting device side to the receiving device side. The amount of information to be reduced is reduced.
  • a range of input digital image data is corrected with an appropriate reference value in a digital image communication device that performs inter-frame coding using leak prediction. Therefore, it has become possible to suppress a decrease in coding efficiency due to leak prediction.

Description

明 細 書 ディ ジタ 画像通信装^ 技 術 分 野
本発明はディ ジタ ル画像通信装 に^し、 特に リ ーク予測を 用いて画面 (フ レーム) R13符号化が行われた信号を送受信する ディ ジタル画像通信装置の符号化方式および復号化方式に関す o
^ ¾ 技 術
—般に、 帯域 4 M H zの励画テ レビ信号を符号化してデイ ジ タル伝送するには、 約 1 ϋ ϋ M b i t / sの伝送速度が必要と なる。 一方、 多重化ディ ジタル伝送網での 1次群ビ ッ ト レー ト は、 例えば 1 . 5 M b i t Z s位であるから、 多重化ディ ジタ ル伝送網を使用して上記テ レビ信号を送るには、 当然、 高能率 の符号化が要求される。
本発明に係るディ ジタル画像通信装 22では、 フ レーム ¾jの画 像変化分のみを符号化して伝送するフ レーム fli]符号化が行われ る。
図 1 は、 従来のディ ジタ ル画像通信装置の全体構成の概略を 示すブロ ッ ク図であり、 (A ) は送信装置を、 (B ) は受信装 置を示す。 送信装置側において、 前処理部 1 7 1 は、 入力画像 信号に対して A Z D変換、 フ ィ ルタ処理等を行い、 次の情報源 符号化部 1 Ί 2は、 画像の持つ冗長度を抑圧する。 可変長符号 化部 1 7 3では、 発生頻度が高いデータにビ ッ ト長の短い符号 を割り振る、 所謂可変長符号語の割当てを行い、 最後に、 マル チプレク ス部 1 7 4 で、 可変長符号に音声等のデータを多重化 してネ ッ ト ワ ークへ出力する。
また、 受信装置側においては、 デマルチプレタ ス部 1 7 5、 可変長復号化部 1 Ί 6、 情報源復号化部 1 Ί 7および後処理部 1 7 8を用いて、 送信装置側と逆の処理を行い、 再生画像を出 力する。
上記の情報源符号化部 1 Ί 2では、 画面の中で動いていない 部分についての伝送ビッ ト数を減少させるために、 前画面 (フ レーム) を記 isしておき、 新たな現画面を前画面と比較し、 変 化のある領域のみを符号化するフ レーム問符号化が行われるが、 この方法では、 受信側に前画面と現画面との差 (予測誤差) の 情報しか届かないため、 ネッ ト ワーク内でデ一夕誤りやデータ 廃棄 (セル损失) が 1 回でも発生すると、 受信側の再生画質の 劣化がいつまでも継続することになる。 それを防ぐ目的でリ 一 ク予測が用いられる。 リーク予測とは、 前画面のデータにリ ー ク係数" ( ϋ < α < 1 ) を ¾じた後に予測誤差を求める手法で あり、 これにより、 過去の再生画質の劣化の影響が、 時間経過 に伴い 0に収克し、 再生画 Κの劣化から自動復婦することが可 能となる。
上記の情報源符号化部 1 7 2および怙報源 ^号化部 1 Ί 7 の 内部構成例を、 図 2を参照して更に詳述する。 図 2 ( Α ) は 1 ί 報源符号化部 1 7 2を、 ( Β ) は情報源復号化部 1 7 7を示す。 情報源符号化部 1 7 2 は、 動き補俊リ ーク予測を行なっている。
まず情報源符号化部 1 Ί 2では、 前処理部 1 7 1からの ¾画 面データを基に、 動きベク トル検出部 1 8 1が、 現画面を構成 する複数の領域の各領域毎に、 fiO画— ώΐの各領域の中で ΰδも類似 している領域を探索し、 その結 ¾発 Wされた前画面の類似領域 と現画面の当該領域とのずれを、 動きべク ト ルと して検出する。 その動きべク ト ルは可変長符号化部 1 Ί 3へ出力されるととも に、 メ モ リ部 1 8 2へ出力される。 メ モ リ部 1 8 2は前画面の データを領域毎に記憶しており、 入力した動きべク ト ルで対応 付けられる現画面の領域に対する前画 fflの領域のデータを読み 出して乗算部 1 8 3へ送る。 乗^部 1 8 3は、 送られたデータ に リ ーク係数" ( 0 < α < 1 ) を粱じて減算部 1 8 4へ出力す る。 減;?部 1 8 4 は、 前処理部 1 Ί 1 からの現画面の領域デ一 タから、 乗 部 1 8 3の出力データを減じて予測誤^を得る。 予測誤差は!:子化部 1 8 5において所定ステップで 子化され た後、 可変長符号化部 1 7 3へ出力される。
なお、 量子化された予測 差は、 逆 £1子化部 1 8 6で元の予 測誤差に戻され、 加算部 1 8 7で乗算部 1 8 3の出力データが 加えられる。 この加算により、 前処理部 1 7 1 から入力した ¾ 画面データが復元し、 これがメ モ リ部 1 8 2に、 前画面のデー タと して新たに記憶され、. 次回の処理に備えられる。 メ モ リ部 1 8 2 には、 量子化誤差を含んだ前画面データが記惊され、 受 信側で記憶される前画面のデータと同一になるようにされてい る。
受信側の情報源復号化部 1 7 7では、 可変長復号化部 1 Ί 6 から動きべク ト ルが入力し、 メ モ リ部 1 9 1 が、 動きべク ト ル で対応付けられた現画面の領域に対する前画面の領域のデータ を読み出し、 乗算部 1 9 力 その読み出されたデータに リ ― ク係数 を乗じる。 一方、 可変長復号化部 1 Ί 6から出力され る量子化された予測誤差が、 逆量子化部 1 9 3で元の予測誤差 に戻され、 加算部 1 9 4で、 この予測誤差と、 リーク係数"が 乗算された前記画面データとが加算される。 この加算により、 現画面の復号データが得られ、 後処理部 1 7 8へ出力されると ともに、 メ モ リ部 1 9 1 には、 前画面のデータとして新たに記 憶され、 次回の処理に備えられる。
以上のような予測符号化が行われるディ ジタル画像通信装 S が伝送する画像は、 画面内の画像の動きが限られていることが 前提となっており、 そう した画像では前画面のデータと現画面 のデータとの予測誤差が、 本来ならば 0近傍に集中することを 利用して符号化能率を上げている。
しかし、 リーク予測を行うと、 予測誤差が必ずしも 0近傍に 集中しない現象が発生する。 これを図 3を参照して説明する。 図 3は、 前画面のデータと現画面のデータとが等しい (画像の 動きがない) ときに、 リーク係数《の乗算によって生じる予測 誤差を示すグラフである。
まず、 図 1の前処理部 1 7 1での A Z D変換において、 アナ 口グの入力画像信号を例えば 8 ビッ トのディ ジタルデータに変 換したとする。 すなわち、 レベル数 2 5 6 、 レンジ (数値範 囲) 0 ~ 2 5 5に変換したとする。
図 3 ( A ) は、 この場合に図 2 ( A ) の減算部 1 8 4で得ら れる予測誤差を示す。 すなわち、 前画面のデータと現画面のデ 一夕とが等しいのであるから、 予測誤差は、 リーク係数《の椠 算がなければ、 データ レベルの如何にかかわらず 0 となるはず である。 しかし、 リーク係数"の乗算があるために、 予測誤差 は、 データ レベル 0以外では 0 とならない。 つまり、 予測誤差は次式のように表せる。
予測誤差 =現画面のデータ レベル一前記画面のデータ レベル X 図 3 ( B ) は、 A Z D変換時のレ ンジをレンジ一 1 2 8〜 1 2 7 に補正して (レベル数 2 5 6は変えず) アナログの入力画 像信号を変換した場合の予測誤差を示す。
図 3 ( A ) , ( B ) のいずれの場合でも、 リーク係数を乗じ られるデータ (前画面のデータ) のレベルが 0から離れるに従 い、 予測誤差が大き くなる。 つまり、 データ レベルが 0から離 れたデータが多い画像では、 リ一ク予測による符号化能率が大 幅に低下するという問题点があつた。 発 明 の 開 示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 リーク 予測に伴う符号化能率の低下を抑制したディ ジタル画像通信装 置を提供することを目的とする。
本発明ではこの目的を達成するために、 データ レンジを適切 に設定してリーク予測に伴う予測誤差を減少させるディ ジタル 画像通信装置の符号化方式を提供する。
すなわち、 このディ ジタル画像通信装置の符号化方式は、 入 力された前画面のディ ジタル画像データを記憶する記憶手段と、 レ ンジ補正のための基準値を出力する基準値出力手段と、 記憶 手段に記憶された前画面のディ ジタル画像データに対し、 基準 値出力手段から出力された基準値に従い、 レンジの補正を行う レンジ補正手段と、 レンジ補正手段で補正されたデータに所定 のリ ーク係数を乗算して出力する リ 一ク係数乗算手段と、 リ一 ク係数乗算手段から出力されたデータに対し、 レンジ補正手段 で行なった補正を元に戻す逆補正を行う逆補正手段と、 現画面 の入力ディ ジタル画像データと、 逆補正手段で逆補正されたデ —タとの差を検出し、 予測誤差と して出力する予測誤差出力手 段と、 予測誤差出力手段から出力された予測誤差に所定の符号 化を施して出力する予測誤差符号化手段とを備える。
また、 基準値出力手段は、 記憶手段に記憶された前画面のデ ィ ジタル画像データのうちの、 動きべク トルで対応付けられる 現画面の領域に対する前画面の領域のディ ジタル画像データに 応じて基準値を決定して出力し、 レンジ補正手段は、 記憶手段 に記憶された前画面のディ ジタル画像データのうちの、 動きべ ク ト ルで対応付けられる現画面の領域に対する前画面の領域の ディ ジタル画像データに対し、 基準値出力手段で決定された基 準値に従い、 レンジの補正を行う。 図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1 ( A ) は従来のディ ジタル画像通信装置の送信装置の概 略構成を示すプロ ッ ク図である。
図 1 ( B ) は従来のディ ジタル画像通信装置の受信装置の概 略構成を示すブ σ ッ ク図である。
図 2 ( Α ) は情報源符号化部の内部構成図である。
図 2 ( Β ) は情報源復号化部の内部構成図である。
図 3 ( Α ) は図 2 ( Α ) の減算部で得られる予測誤差を示す グラフである。
図 3 ( Β ) は、 A Z D変換時のレンジをレンジ一 1 2 8〜 1 2 7 に補正してアナ πグの入力画像信号を変換した場合の予測 誤差を示すグラフである。
図 3 (C ) は βを基準値どしてレンジ ( 0 — ) 〜 ( 2 5 5 - β ) に補正した場合の予測誤差を示すグラフである。 ' 図 4は本発明の原理説明図である。
図 5 ( Α) は本発明のディ ジタル画像通信装置の第 1実施例 の送信装置の概略構成を示すプロ ック図である。
図 5 (Β) は本発明のディ ジタル画像通信装置の第 1実施例 の受信装置の概略構成を示すプロ ッ ク図である。
図 6は情報源符号化部の第 1 の実施例の詳細な内部構成を示 すブロ ック図である。
図 7はレンジ補正機能部で行われるレンジ補正を説明する図 である。
図 8は基準値決定機能部の機能を示す図である。
図 9は基準値決定機能部の構成を示す図である。
図 1 0 (Α) は R〇Μに格納されるテーブルの第 1の例の算 出方法を説明する図である。
図 1 0 (Β) は R〇Μに格納されるテーブルの第 2の例の算 出方法を説明する図である。
図 1 1 ( Α) は基準値の更新タィ ミ ングの第 1の例を説明す る図である。
図 1 1 (Β) は基準値の更新タィ ミ ングの第 2の例を説明す る図である。
図 1 1 ( C ) は基準値の更新タィ ミ ングの第 3の例を説明す る図である。
図 1 2は帯域別のレンジ補正の説明図である。
図 1 3は領域単位のレンジ補正の説明図である。 図 1 4 ( A ) は符号器 Aのレ ンジ補正の説明図である。
図 1 4 ( B ) は符号器 Bのレンジ補正の説明図である。
図 1 5は情報源符号化部の第 2の実施例の内部構成を示すブ π ッ ク図である。
図 1 6は基準値決定機能部の機能を示す図である。
図 1 7は基準値決定機能部の動作手順を示すフ ロ ーチャ ー ト でめる。
図 1 8は情報源符号化部の第 3の実施例の内部構成を示すブ 口 ッ ク図である。
図 1 9 は基準値決定機能部のスィ ッチを示す図である。
図 2 0は図 5の受信装置側の情報源復号化部の内部構成を示 すブロ ッ ク図である。
図 2 1 ( A ) は本発明のディ ジタル画像通信装置の第 2実施 例の送信装置の概略構成を示すプロック図である。
図 2 1 ( B ) は本発明のディ ジタル画像通信装置の第 2実施 例の受信装置の概略構成を示すプロ ック図である。
図 2 2は送信装置側の情報源符号化部の内部構成を示すブ π ック図である。
図 2 3は受信装置側の情報源復号化部の内部構成を示すプロ ック図である。 発明を実施するための最良の形態 まず、 本発明の実施例を説明するに先立って、 本発明の原理 を図 4を参照して説明する。
すなわち、 本発明に係るディ ジタル画像通信装置の符号化方 式は、 入力された前画面のディ ジタル画像データを記憶する記 憶手段 1 と、 レ ンジ補正のための基準値を出力する基準値出力 手段 2 と、 記憶手段 1 に記憶された前画面のディ ジタル画像デ 一夕に対し、 基準値出力手段 2から出力された基準値に従い、 レ ンジの補正を行う レンジ補正手段 3と、 レンジ補正手段 3で 補正されたデータに所定のリ 一ク係数を乗算して出力する リ一 ク係数乗算手段 4 と、 リ 一ク係数乗算手段 4から出力されたデ ータに対し、 レンジ補正手段 3で行なつた補正を元に戻す逆補 正を行う逆補正手段 5 と、 現画面の入力ディ ジタル画像データ と、 逆補正手段 5で逆補正されたデータとの差を検出し、 予測 誤差と して出力する予測誤差出力手段 6 と、 予測誤差出力手段 6から出力された予測誤差に所定の符号化を施して出力する予 測誤差符号化手段 7 とを有する。
本発明は、 前画面のデータ レベルに応じてレンジ (数値範 囲) を補正し、 リーク係数が乗算されるデータ (前画面のデー タ) のレベルが 0 となるようにしたものである。 すなわち、 例 えば図 3 ( C ) に示すように、 を基準値としてレンジ ( 0 — β ) 〜 ( 2 5 5— ) に補正する。 例えば、 前画面の該当領域 のデータ レベル (平均値または最大頻度データ) が 1 2 8なら ば、 = 1 2 8 としてレンジ一 1 2 8 ~ 1 2 7に補正する。 こ れにより、 予測誤差が低下し、 符号化能率の低下を抑止するこ とができる。
図 4に示す構成に沿って説明すると、 レ ンジ補正手段 3が、 記憶手段 1 に記憶された前画面のデータに対し、 基準値出力手 段 2から出力された基準値に従い、 レンジの補正を行い、 その 後、 リ ーク係数乗算手段 4が所定のリ ーク係数を乗算して出力 する。 リ一ク係数乗算手段 4から出力されたデータに対し、 逆補正 手段 5 により、 レ ンジ補正手段 3で行なった補正を元に戻す逆 補正が行なわれ、 予測誤差出力手段 6が、 入力した現画面のデ ィ ジタ ル画像データと、 逆補正手段 5で逆補正されたデータと の差を検出し、 予測誤差と して出力する。 予測誤差符号化手段 7は、 予測誤差出力手段 6から出力された予測誤差に所定の符 号化を施して出力する。
つぎに、 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図 5は本発明のディ ジタル画像通信装置の第 1実施例の概略 構成を示すブロ ッ ク図であり、 (A ) は送信装置を、 (B ) は 受信装置を示す。 第 1実施例では、 送信装置で決定されたレン ジ補正用の基準値が受信装置に伝送される方式を示す。
送信装置側において、 前処理部 2 1 は、 入力画像信号に対し て A Z D変換、 フ ィ ルタ処理等を行い、 次の情報源符号化部 2 2は、 画像の持つ冗長度を抑圧 (データ圧縮) する。 A Z D変 換は、 アナログの入力画像信号を標本化し、 所定レンジ (例え ば 0〜 2 5 5 ) のディ ジタルデータに変換する。 可変長符号化 部 2 3では、 発生頻度が高いデータにビッ ト長が短い符号語を 割り振る、 所謂可変長符号語の割当てを行い、 最後に、 マルチ プレクス部 2 4で、 可変長符号に音声等のデータを多重化して ネッ ト ワークへ出力する。
情報源符号化部 2 2は、 リ ーク予測を含むフ レーム間符号化 を行うが、 さらに、 情報源符号化部 2 2は、 後に詳述する基準 値決定機能とレンジ補正機能とを有する。 マルチプレタ ス部 2 4では、 情報源符号化部 2 2の基準値決定機能からの基準値デ ータを、 可変長符号や音声等のデータとともに多重化してネッ ト ワークへ出力する。
また、 受信装置側においては、 デマルチプレタ ス部 2 5、 可 変長復号化部 2 6、 情報源復号化部 2 7および後処理部 2 8を 用いて、 送信装置側と逆の処理を行い、 再生画像が出力される。 図 6は、 情報源符号化部 2 2の第 1 の実施例の詳細な内部構 成を示すプロ ッ ク図である。 この第 1の実施例では、 動きべク トルを用いて動静適応の補正を行っている。
前処理部 2 1から送られた 8 X 8画素を 1領域とする現画面 の領域毎のデータを基に、 動きべク トル検出部 3 1が、 現画面 を構成する複数の領域の各領域毎に、 前画面の領域の中で最も 類似している領域を探索し、 その結果発見された前画面の類似 領域と現画面の当該領域とのずれを、 動きべク ト ルとして検出 する。 その動きべク ト ルは可変長符号化部 2 3へ出力されると ともに、 メ モ リ部 3 2および基準値決定機能部 3 3へ出力され る。 メ モ リ部 3 2は前画面のデータを領域毎に記憶しており、 入力した動きべク トルで対応付けられる現画面の領域に対する 前画面の領域のデータを読み出してレ ンジ補正機能部 3 4およ び基準値決定機能部 3 3 送る。
基準値決定機能部 3 3は、 メ モ リ部 3 2からの前画面データ と、 動きべク ト ル検出部 3 1からの動きべク ト ルとに基づき、 量子化された基準値 を決定して、 レンジ補正機能部 3 4、 反 転部 3 5およびマルチプレクス部 2 4へ送る。 この基準値決定 機能部 3 3 での基準値^の決定方法については、 図 8〜図 1 0 を参照して後述する。
レンジ補正機能部 3 4 は、 メ モ リ部 3 2から読み出された前 画面のデータのレ ンジを基準値決定機能部 3 3からの基準値 β で補正する。
図 7 はレ ンジ補正機能部 3 4でのレ ンジ補正機能を示す図で ある。 すなわち、 メ モ リ部 3 2から読み出され、 入力する前画 面のデータのレンジが、 例えば 0〜 2 5 5であるとき、 例えば 基準値) 9 = 2 5 5が入力すると、 一 2 5 5の加算が行われ、 補 正されたレンジ一 2 5 5〜 ϋのデータが出力される。 レンジ^ 正機能部 3 4 は、 入力に対して加算を行うだけの簡単な構成で 実現できる。
図 6に戻って、 レンジ補正機能部 3 4からの出力が送られる 乗算部 3 6は、 送られたデータに リーク係数な ( 0 < α < 1 ) を乗じてレンジ補正機能部 3 7へ出力する。 また、 レンジ補正 機能部 3 7へは、 基準値 9が反転部 3 5で反転されてー と し て入力する。 レンジ補正機能部 3 7 は、 レンジ補正機能部 3 4 と同じ動作をする。 すなわち、 乗算部 3 6から送られたリーク 係数乗算後のデータのレンジに を加算する。 これにより、 レ ンジ補正機能部 3 4で補正されたレ ンジが元のレンジに逆補正 されたことになる。
レンジ補正機能部 3 7の出力は減算部 3 8および加算部 4 1 へ送られる。 減算部 3 8は、 前処理部 2 1 よりの現画面データ から、 レンジ補正機能部 3 7よりの出力データを減じて予測誤 差を得る。 予測誤差は量子化部 3 9において所定ステップで量 子化された後、 可変長符号化部 2 3へ出力される。
なお、 量子化された予測誤差は、 逆量子化部 4 0で元の予測 誤差に戻され、 加算部 4 1 でレンジ補正機能部 3 7の出力デー 夕が加えられる。 この加算により、 前処理部 2 1から入力した 現画面データが復元し、 これがメモ リ部 3 2に、 前画面のデー タとして新たに記憶され、 次回の処理に備えられる。
図 8は基準値決定機能部 3 3の機能を示す図である。 まず、 画像に動きがあるときには前画面データと現画面データとの差 が大き く、 この場合には、 リ ーク予測の欠点による影響が小さ いので、 基準値の量子化を粗く して符号化能率を高めるように しても問題がない。 この点に鑑みて基準値決定機能部 3 3では、 画像の動きに応じて、 基準値の量子化の粗さを変えるようにし ている。
すなわち、 動静判定機能部 3 3 aは、 動きべク トル検出部 3 1からの動きべク トルに基づき、 画像の動静を判定する。 動静 判定機能部 3 3 aの判定結果に従い、 動領域量子化機能部 3 3 bまたは静領域量子化機能部 3 3 cが選択される。 一方、 メ モ リ部 3 2で読み出されたデータが平均値算出部 3 3 dで平均化 され、 動領域量子化機能部 3 3 bおよび静領域量子化機能部 3 3 cに送れている。 動領域量子化機能部 3 3 bまたは静領域量 子化機能部 3 3 cは、 前画面のデータの平均値を粗く、 または 細かく量子化して基準値 として出力する。
図 9は、 基準値決定機能部 3 3の構成を示す図である。 前画 面の領域内のデータ数を nと している。 加算器 3 3 d 2〜 3 3 d nおよび乗算器 3 3 d 0 は、 図 8の平均値算出部 3 3 dに相 当する。
加算器 3 3 d 2〜 3 3 d nがそれぞれ、 前画面のデータ 1〜 nを順次加算して総和を求め、 乗算器 3 3 d 0がその総和に 1 / nを乗算して、 前画面のデータ l 〜nの平均値を算出し、 R O M 3 3 eへ出力する。 R O M 3 3 eは、 図 8の動静判定機能 部 3 3 a、 動領域量子化機能部 3 3 bおよび静領域量子化機能 部 3 3 cに相当し、 R〇M 3 3 eには予め、 平均値および動き べク トルに対する量子化基準值のテーブルが格納されていて、 入力した平均値および動きべク トルに応じて、 量子化された S 準値が読み出される。
図 1 0は R 〇 M 3 3 eに格納されるテーブルの 2つの例の算 出方法を説明する図である。 いずれの例も、 動きべク ト ルカ ϋ であるか否かで基準値の量子化の粗さを区別している。 R Ο Μ 3 3 eには、 以下に説明する計算方法で算出された具体的な数 値から成るテーブルが予め格納され、 動きべク トル及び平均値 の各実数に応じた基準値の実数が読み出されるものである。
テーブルの第 1 の例の算出方法では、 動きべク ト ルが 0でな ければ (図 8 の動領域量子化機能部 3 3 bが作動) 入力した平 均値 Xを 6 4ステツプ幅で量子化し、 一方、 動きべク トルが 0 であれば (図 8の静領域量子化機能部 3 3 cが作動) 入力した 平均値 Xを 3 2 ステツプ幅で量子化する。 したがって、 画像の 動きがなく、 動きべク トルが 0であるとき (静領域) 、 基準値 の量子化は細かくなる。 図中 「Z」 は、 除算し、 余りを四捨五 入することを表す。
テーブルの第 2の例の算出方法では、 動領域の基準値を一定 の値にしている。 すなわち、 動きべク トルが 0でなければ、 基 準値を一 1 2 8に固定し、 動きべク トルが 0であれば、 入力し た平均値 Xを 3 2 ステツプ幅で量子化する。
以上のように、 画像に動きがあるときは、 基準値の量子化の 粗さを大き く し、 一方、 画像に動きがないときは、 基準値の量 子化の粗さを小さ く して、 基準値を受信装置へ伝送することに よる情報量の増加を抑制している。 上記基準値決定機能部 3 3では、 動きべク トルに応じて基準 値の量子化の粗さを変えたが、 フ レーム フ レーム内判定情 報を用いて画像の動きを判別して、 基準値の量子化の粗さを変 えるようにしてもよい。
また、 上記基準値決定機能部 3 3では、 基準値を常時、 決定 してレ ンジ補正を行うようにしているが、 基準値の更新回数を 減らして符号化能率を高める観点から、 図 1 1 に示す方法によ ることもできる。
図 1 1 は、 基準値の更新タィ ミ ングの 3つの例を示す図であ る。 (A ) では、 通信開始時にのみ基準値を更新し、 その後、 基準値を一定に保持する。 (B ) では、 毎回更新を行わず、 所 定回数 (ここでは 3回) おきに基準値を更新し、 更新回でない ときは譬え基準値に変化があっても前回値を保持する。 (C ) では、 毎回基準値の更新を行う。
図 1 2は、 帯域別のレ ンジ補正の説明図である。 1つの画面 のデータに対し、 ロ ーパスフ ィ ルタ 9 1 を通すことにより輪郭 のぼやけた画面を得、 また、 ハイパス フ ィ ルタ 9 2を通すこと により輪郭だけを表す画面を得るようにしたディ ジタル画像迎 信装置があるが、 そう した装置の場合には、 口一パス フ ィ ルタ 9 1を通った画像データに対しては基準値 1 を、 ハイパス フ ィ ルタ 9 2を通った画像データに対しては 1 とは異なる基準 値 hを設定するようにしてもよい。 勿論、 この帯域別のレ ン ジ補正において、 図 1 1 に示す変更タ イ ミ ングによって基準値 を更新するようにしてもよい。
図 1 3は、 領域単位のレ ン ジ補正の説明図である。 すなわち、 1画面を複数領域に、 例えば 1 6領域に分割して、 各領域毎に 基準値; 3を決定する。 領域数を増やすと、 リーク予測に伴う予 測誤差の増加を抑制でき、 予測^差を伝送するビッ ト数を減ら せる一方、 基準値) 9を多く伝送するためのビッ ト数の増加が発 生することになるから、 高能率符号化を達成できるように両者 のバラ ンスをとつて領域数を設定する必要がある。 1画面 1領 域という場合もあり得る。 なお、 この領域単位のレンジ補正に おいて、 図 1 1 に示す変更タィ ミ ングによつて基準値を更新す るようにしてもよく、 また、 図 1 2に示す帯域別のレンジ補正 を行ってもよい。
図 1 4 は、 符号器単位のレ ンジ補正の説明図である。 テ レビ 電話、 テ レビ会議等においては、 カメ ラの設置場所がほとんど 変わらずに、 画像の変化が少ない。 したがって、 複数のカメ ラ と、 それらカ メ ラ用の符号器があった場合に、 符号器間では、 入力する画像の性質が異なっていても、 同一の符号器に、 入力 する画像の時間的変化は少ないと考えて差し支えない。 このよ うな場合、 各符号器では基準値を時間的に一定値に固定してお いてもよい。 すなわち、 符号器毎に、 例えば符号器 Aでは図 1 4 ( A ) に示すように、 領域別に基準値 を決定して固定し、 符号器 Bでは図 1 4 ( B ) に示すように、 領域別に基準値 を 決定して固定する。 このようにしておけば、 基準値 /9を受信側 に常時送る必要がなく、 符号化能率を高められる。 勿論、 この 符号器単位のレンジ補正において、 図 1 2に示す帯域別のレン ジ補正を行ってもよい。
図 1 5は、 図 5の情報源符号化部 2 2の第 2の実施例の内部 構成を示すプロ ック図である。 この第 2の実施例では、 画像符 号化で用いた量子化 (図 6の量子化部 3 9で実行) の粗さに基 づき、 基準値の量子化の粗さを制御している。 図中、 図 6に示 す情報源符号化部 2 2の第 1 の実施例と同一の構成部分には同 一の符号を付し、 それらの説明も省略する。
ステツプ幅検出部 1 2 1 は、 量子化部 3 9で行われた量子化 のステップ幅を検出し、 基準値決定機能部 1 2 2へ送る。 基準 値決定機能部 1 2 2にはメ モ リ部 3 2から読み出された前画面 のデータが入力するが、 情報源符号化部 2 2の第 1 の実施例の ように、 動きべク トル検出部 3 1 からの動きべク トルの入力は ない。
図 1 6は基準値決定機能部 1 2 2の機能を示す図である。 す なわち、 量子化器選択機能部 1 2 2 aは、 図 1 5の量子化部 3 9で行われた量子化のステ ッ プ幅に応じ、 基準値の量子化のス テップ幅を決定する。 そして、 量子化機能部 1 2 2 b , 1 2 2 c - · の中から、 その決定されたステップ幅の量子化が実行さ れ得る量子化機能部を選択する。 一方、 メ モ リ部 3 2で読み出 されたデータの中から、 最大頻度データ検出部 1 2 2 dで、 最 大頻度のデータを検出し、 このデータを基準値と して量子化機 能部 1 2 2 b , 1 2 2 c * · に送る。 量子化機能部 1 2 2 b, 1 2 2 c · ♦ のうちの選択された量子化機能部が、 このデータ の量子化を行い、 量子化された基準値 として出力する。
図 1 7は、 基準値決定機能部 1 2 2で行われる作動を示すフ ロ ーチャー トである。 図中、 Sに続く数字はステ ッ プ番号を表 す。 ステップ S 1 , S 2は、 図 1 6の最大頻度データ検出部 1 2 2 dでの作動であり、 ステ ッ プ S 3は、 量子化器選択機能部 1 2 2 aでの作動であり、 ステ ッ プ S 4は、 量子化機能部 1 2 2 b , 1 2 2 c · · での作動である。 〔 S 1 〕 メ モ リ部 3 2で読み出された領域内データのヒ ス トグ ラ ムを作成する。
〔 S 2〕 ヒス トグラムから、 頻度が最大であるデータを求める。 〔 S 3〕 量子化部 3 9で行われた量子化のステップ幅を基に、 例えば 2倍して、 基準値の量子化のステップ幅を算出する。
〔 S 4〕 ステップ S 2で求めたデータを、 ステップ S 3で算出 したステツプ幅によって量子化して基準値を得る。
以上のように、 量子化部 3 3での画像符号化の量子化の粗さ が大きいときには、 基準値の 子化の粗さも大き くするように して、 符号化能率を高めている。
上記情報源符号化部 2 2の第 2の実施例では、 最大頻度のデ 一タに基づいて基準値を決定したが、 データの平均値を算出し て、 量子化機能により量子化して基準値を決定するようにして もよい。 あるいは、 上記情報源符号化部 2 2の第 1 の実施例で、 平均値ではなく、 最大頻度のデータに基づいて基準値を決定し てもよい。
図 1 8は、 図 5の情報源符号化部 2 2の第 3の実施例の内部 構成を示すブロ ッ ク図である。 この第 3の実施例では、 カ メ ラ の設置場所を固定しているような場合の画像を扱い、 基準値を オペレータが手動で設定できる装置を示す。 図中、 図 6に示す 情報源符号化部 2 2の第 1の実施例と同一の構成部分には同一 の符号を付し、 それらの説明も省略する。
基準値決定機能部 1 5 1 には、 情報源符号化部 2 2の第 1 の 実施例のように、 メ モ リ部 3 2から読み出された前画面のデ一 タゃ、 動きべク トル検出部 3 1 からの動きべク トルの入力はな い。 基準値決定機能部 1 5 1 には、 図 1 9 に示すような、 オペ レータによつて操作されるスィ ツチ S W l ~ S W nが接続され る。 ス ィ ッ チ S W 1 〜 S W nは、 領域 1 〜領域 nに対応して設 けられ、 各スィ ッ チ S W l 〜 S W nをオンすることによって、 対応する領域の基準値を設定することが可能になるように構成 される。
したがって、 オペレータ力 領域毎に任意の基準値を設定し て、 その値が保持される。 基準値を受信側に常時、 送信する必 要がなく、 符号化能率が高められる。
図 2 0は図 5の受信装置側の情報源復号化部 2 7の内部構成 を示すブロ ッ ク図である。
情報源復号化部 2 7では、 可変長復号化部 2 6から動きべク トルが入力し、 メモリ部 5 1が、 動きべク トルで対応付けられ た現画面の領域に対する前画面の領域のデータを読み出し、 レ ンジ補正機能部 5 2へ出力する。 レンジ補正機能部 5 2および 反転部 5 3へは、 送信装置側の基準値決定機能部 3 3からマル チプレタス部 2 4およびデマルチプレタ ス部 2 5を介して基準 値^が伝送される。
レンジ補正機能部 5 2は、 メ モ リ部 5 1 から読み出された前 画面のデータのレンジを、 伝送された基準値 で補正する。 こ こで行われるレンジ補正は、 図 6に示す送信装置側のレンジ補 正機能部 3 4でのレンジ補正と同じょうに行われる。 レンジ補 正機能部 5 2からの出力が送られる乗算部 5 4は、 送られたデ —タにリーク係数 α ( 0 < « < 1 ) を乗じてレンジ補正機能部 5 5へ出力する。 また、 レ ンジ補正機能部 5 5へは、 基準値 が反転部 5 3で反転されて一 として入力される。 レンジ補正 機能部 5 5 は、 レ ンジ補正機能部 5 2 と同じ作動をする。 すな わち、 乗算部 5 4から送られたリーク係数乗算後のデータのレ ンジに を加算する。 これにより、 レンジ補正機能部 5 2で補 正されたレ ンジが元のレ ンジに逆補正されたことになる。
一方、 可変長復号化部 2 6から出力される量子化された予測 誤差が、 逆量子化部 5 6で元の予測誤差に戻され、 加算部 5 7 で、 この予測誤差と、 レンジ補正機能部 5 5から出力された前 記画面データとが加算される。 この加算により、 現画面の復号 データが得られ、 後処理部 2 8へ出力されるとともに、 メ モ リ 部 5 1 には、 前画面のデータと して新たに記憶され、 次回の処 理に備えられる。
つぎに、 本発明のディ ジタル画像通信装置の第 2実施例を説 明する。 第 2実施例では、 送信装置で決定されたレンジ補正用 の基準値が受信装置に伝送されず、 受信装置が独自に基準値を 作成して受信側のレンジ補正を行う方式を示す。
図 2 1 は本発明のディ ジタ ル画像通信装置の第 2実施例の概 略構成を示すブロ ッ ク図であり、 (A ) は送信装置を、 (B ) は受信装置を示す。 第 2実施例の構成は第 1実施例の構成と基 本的には同じであるので、 同一部分には同一符号を付して説明 を省略し、 相違点だけを説明する。
ディ ジタ ル画像通信装置の第 2実施例では、 送信装置側の情 報源符号化部 2 2 aの基準値決定機能部 3 3で決定される基準 値が受信装置側には伝送されず、 一方、 受信装置側の情報源復 号化部 2 7 aには基準値決定機能部 6 1が設けられる。
図 2 2は送信装置側の情報源符号化部 2 2 aの内部構成を示 すブロ ッ ク図である。 第 2実施例における情報源符号化部 2 2 aは、 第 1実施例における情報源符号化部 2 2 と基本的には同 一の構成となっており、 情報源符号化部 2 2 aでは、 単に基準 値決定機能部 3 3で決定された基準値が受信装置側には伝送さ れないだけである。
図 2 3は受信装置側の情報源復号化部 2 7 aの内部構成を示 すブロ ッ ク図である。 第 2実施例における情報源復号化部 2 7 aは第 1実施例における情報源復号化部 2 7 と基本的には同じ 構成であるので、 同一構成部分には同一符号を付して説明を省 略し、 相違点だけ説明する。
第 2実施例の情報源復号化部 2 7 aでは基準値決定機能部 6 1が設けられる。 基準値決定機能部 6 1 は、 動きべク トルおよ びメ モ リ部 5 1 からの前画面のデータに Sづき、 送信装置側で の基準値とは別個に基準値を独自に設定し、 これをレ ンジ補正 機能部 5 2および反転部 5 3へ出力する。
これにより、 第 2実施例の情報源復号化部 2 7 aでは若干の ハ ー ドウユア規模の増加があるものの、 送信装置側から受信装 置側へ基準値を伝送する必要がなく なり、 伝送すべき情報量が 削減されることになる。
以上説明したように本発明では、 リーク予測を用いてフ レー ム間符号化を行うディ ジタル画像通信装置において、 入力ディ ジタル画像データのレ ンジを適切な基準値で補正するようにし た。 したがって、 リーク予測に伴う符号化能率の低下を抑制す ることが可能となった。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . リ ーク予測を用いて画面間符号化を行うディ ジタル画 像通信装置の符号化方式において、
入力された前画面のディ ジタル画像データを記憶する記憶手 段と、
レンジ補正のための基準値を出力する基準値出力手段と、 前記記憶手段に記憶された前画面のディ ジタル画像データに 対し、 前記基準値出力手段から出力された基準値に従い、 レ ン ジの補正を行う レ ンジ補正手段と、
前記レンジ補正手段で補正されたデータに所定のリーク係数 を乗算して出力する リ ーク係数乗算手段と、
前記リーク係数乗算手段から出力されたデータ に対し、 前記 レンジ補正手段で行なった補正を元に戻す逆補正を行う逆補正 手段と、
現画面の入力ディ ジタ ル画像データと、 前記逆補正手段で逆 補正されたデータとの差を検出し、 予測誤差として出力する予 測誤差出力手段と、
前記予測誤差出力手段から出力された予測誤差に所定の符号 化を施して出力する予測誤差符号化手段と、
を有することを特徴とするディ ジタル画像通信装置の符号化 方式。
2 . 前記基準値出力手段は、 前記記憶手段に記憶された前 画面のディ ジタル画像データのうちの、 動きべク ト ルで対応付 けられる現画面の領域に対する前画面の領域のディ ジタル画像 データに応じて基準値を決定して出力し、 前記レンジ補正手段 は、 前記記憶手段に記憶された前画面のディ ジタル画像データ のうちの、 動きべク トルで対応付けられる現画面の領域に対す る前画面の領域のディ ジタル画像データに対し、 前記基準値出 力手段で決定された基準値に従い、 レ ンジの補正を行う こ とを 特徴とするク レーム 1記載のディ ジタル画像通信装置の符号化
3 . 前記基準値出力手段は、 前記記^手段に記憶された画 面単位の前画面のディ ジタル画像データに応じて基準値を^定 して出力し、 前記レンジ補正手段は、 前記基準値出力手段で決 定された基準値に従い、 前記記憶手段に記憶された前画面のデ ィ ジタル画像データに対し、 画面毎にレンジの補正を行うこと を特徴とするク レーム 1記載のディ ジタル画像通信装置の符号 化方式。
4 . 前記基準値出力手段は、 固有の時間的に一定の基準値 を出力することを特徴とするク レーム 1記載のディ ジタル画像 通信装置の符号化方式。
5 . 前記基準値出力手段は、 前記記憶手段に記憶された前 画面のディ タル画像データの平均値を基準値として出力するこ とを特徴とするク レーム .1記載のディ ジタル画像通信装置の符 号化方式。
6 . 前記基準値出力手段は、 前記記憶手段に記憶された前 画面のディ ジタル画像データの平均値を量子化した値を基準値 と して出力するこ とを特徴とするク レーム 1記載のディ ジタル 画像通信装置の符号化方式。
7 . 動きべク ト ルを検出して動き補償を行う動き補償手段 をさ らに有し、 前記基準値出力手段は、 前記平均値の量子化に 際し、 前記動き補償手段で検出される動きべク ト ルに応じて、 量子化の粗さを決定することを特徴とするク レーム 6記載のデ ィ ジタル画像通信装置の符号化方式。
8 . 前記予測誤差符号化手段は、 予測誤差を量子化する誤 差量子化手段を有し、 前記基準値出力手段は、 前記平均値の量 子化に際し、 前記誤差 子化手段で行われる量子化の粗さに応 じて、 量子化の粗さを決定することを特徴とするク レーム 6記 載のディ ジタル画像通信装置の符号化方式。
9 . 前記基準値出力手段は、 前記記憶手段に記憶された前 画面のディ ジタル画像データの中で最大頻度のデータを越準 ¾ として出力することを特徴とするク レーム 1記載のディ ジタル 画像通信装置の符号化方式。
1 0 . 前記基準値出力手段は、 前記記憶手段に記憶された 前画面のディ ジタル画像データの中で最大頻度のデータを量子 化した値を基準値として出力することを特徴とするク レーム 1 記載のディ ジタル画像通信装置の符号化方式。
1 1 . 動きべク トルを検出して動き補償を行う動き補償手 段をさらに有し、 前記基準値出力手段は、 前記最大頻度のデー 夕の量子化に際し、 前記動き補償手段で検出される動きべク ト ルに応じて、 量子化の粗さを決定することを特徴とするク レー ム 1 0記載のディ ジタル画像通信装置の符号化方式。
1 2 . 前記予測誤差出力手段から出力された予測誤差を量
- 子化する誤差量子化手段をさらに有し、 前記基準値出力手段は、 前記最大頻度のデータの量子化に際し、 前記誤差量子化手段で 行われる量子化の粗さに応じて、 量子化の粗さを決定すること を特徴とするク レーム 1 1記載のディ ジタル画像通信装置の符 号化方式。
1 3 . 前記基準値出力手段から出力された基準値を受信装 置へ伝送する伝送手段をさ らに有することを特徴とするク レー ム 1記載のディ ジタル画像通信装置の符号化方式。
1 . リーク予測を用いて画面間符号化が行われた信号を 受信して復号化するディ ジタ ル画像通信装置の復号化方式にお いて、
送信装置から伝送された基準値を抽出する基準値抽出手段と、 前記基準値抽出手段が抽出した基準値に基づき受信ディ ジタ ル画像データに対してレ ンジ補正を行う レ ンジ補正手段と、 を有することを特徴とするディ ジタル画像通信装置の復号化
1 5 . リ ーク予測を用いて画面間符号化が行われた信号を 受信して復号化するディ ジタ ル画像通信装置の復号化方式にお いて、
送信装置でレ ンジ補正用に使用される基準値とは独立して基 準値を決定する基準値決定手段と、
前記基準値決定手段が決定した基準値に基づき受信ディ ジタ ル画像データに対してレ ンジ補正を行う レ ンジ補正手段と、 を有することを特徴とするディ ジタル画像通信装置の復号化
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